Question

8．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在學(xué)習(xí)鐵及其化合物知識時進行了系列研究．
（1）如圖為某興趣小組探究鐵生銹的三個實驗，最先觀察到鐵銹的是C（選填序號）．

（2）鐵生銹的主要過程為：Fe$\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$  Fe（OH）₂   $\stackrel{O_{2}、H_{2}O}{→}$  Fe（OH）₃  $\stackrel{風(fēng)吹日曬}{→}$Fe₂O₃•xH₂O
次要過程為：Fe  $\stackrel{O_{2}、CO_{2}、H_{2}O}{→}$    FeCO₃
（3）鐵銹組分的確定
某鐵銹成分為Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．為確定其組成，興趣小組稱取此鐵銹樣品25.4g，在科研人員的指導(dǎo)下用如圖裝置進行實驗．

【查閱資料】Fe₂O₃•xH₂O失去水分子溫度為110℃，F(xiàn)eCO₃在282℃分解為FeO和CO₂．溫度高于400℃時鐵的氧化物才能被CO還原．
①裝置A中的反應(yīng)為：H₂C₂O₄（草酸）$→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O．通過B、C裝置可得到干燥、
純凈的CO氣體，洗氣瓶B中最好盛放C（選填序號）．
A．濃硫酸           B．澄清的石灰水        C．氫氧化鈉溶液
②現(xiàn)控制D裝置中的溫度為300℃對鐵銹進行熱分解，直至D裝置中剩余固體質(zhì)量不再變化為止，冷卻后裝置E增重3.6g，裝置F增重2.2g．則樣品中FeCO₃的質(zhì)量m（FeCO₃）=5.8g，x=2．
（4）在鋼鐵廠的實驗室，同學(xué)們了解到隨著溫度的升高，氧化鐵在還原過程中能產(chǎn)生其他鐵的氧化物，并最終被還原成鐵．下圖是某種熱分析儀記錄的CO與Fe₂O₃進行反應(yīng)時的有關(guān)數(shù)據(jù)，并得到固體質(zhì)量與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線．根據(jù)圖象分析，固體質(zhì)量由48.0g變?yōu)?6.4g的過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．

（5）同學(xué)們?nèi)×?0g某菱鐵礦樣品（主要成分為FeCO₃，雜質(zhì)不參加反應(yīng)），磨成粉末，加入200g足量稀硫酸，充分反應(yīng)后稱得剩余物的總質(zhì)量為207.8g，計算該樣品中FeCO₃的質(zhì)量分數(shù)．（要有完整的計算過程）已知：FeCO₃+H₂SO₄═FeSO₄+H₂O+CO₂↑

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鋼鐵銹蝕的影響要素分析；
（3）根據(jù)除雜的原則分析，計算中應(yīng)該抓住物質(zhì)的量的關(guān)系進行，確定水、二氧化碳和氧化鐵的質(zhì)量，進而確定化學(xué)式；
（4）根據(jù)圖確定對應(yīng)的氧化鐵失去氧的情況，進而確定生成的鐵的化合物的化學(xué)式，最后書寫化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，過程中質(zhì)量的減少是因為生成了二氧化碳，所以可以求算二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量和對應(yīng)的化學(xué)方程式求算碳酸亞鐵的質(zhì)量，進而求算對應(yīng)的質(zhì)量分數(shù)

解答 解：
（1）A鐵釘同時接觸到氧氣和水，所以容易生銹；
B鐵釘接觸到水，但是沒接觸到氧氣，所以很難生銹；
C鐵釘接觸到氧氣和水的同時，由于氯化鈉的存在，加速了生銹，導(dǎo)致最先觀察到鐵銹．
故選：C．
（3）鐵銹組分的確定
某鐵銹成分為Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．為確定其組成，興趣小組稱取此鐵銹樣品25.4g，在科研人員的指導(dǎo)下用如圖裝置進行實驗．

【查閱資料】Fe₂O₃•xH₂O失去水分子溫度為110℃，F(xiàn)eCO₃在282℃分解為FeO和CO₂．溫度高于400℃時鐵的氧化物才能被CO還原．
①裝置A中的反應(yīng)為：H₂C₂O₄（草酸）$→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+CO₂↑+H₂O．通過B、C裝置可得到干燥、純凈的CO氣體，在有水和二氧化碳的情況下要得到干燥、純凈的一氧化碳，應(yīng)該先除二氧化碳后除水蒸氣，所以洗氣瓶B中最好盛放氫氧化鈉溶液，因為氫氧化鈉的溶解度大于氫氧化鈣，這樣吸收二氧化碳的能力更強．C裝置裝有濃硫酸，去除一氧化碳中混有的水蒸氣．
②現(xiàn)控制D裝置中的溫度為300℃對鐵銹進行熱分解，所以此時只有Fe₂O₃•xH₂O的失水和FeCO₃分解為FeO和CO₂直而沒有鐵的氧化鐵和一氧化碳的反應(yīng)，也可以說此時一氧化碳沒有參與反應(yīng)，則生成的二氧化碳與一氧化碳無關(guān)．冷卻后裝置E增重3.6g這是Fe₂O₃•xH₂O的失去的水的質(zhì)量，裝置F增重2.2g，是碳酸亞鐵分解生成的二氧化碳的質(zhì)量．
設(shè)碳酸亞鐵的質(zhì)量為x
FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂↑
116                    44
x                                 2.2g
$\frac{116}{44}$=$\frac{x}{2.2g}$
x=5.8g
則Fe₂O₃•xH₂O中Fe₂O₃的質(zhì)量為25.4g-5.8g-3.6g=16g
則Fe₂O₃•xH₂O中Fe₂O₃和H₂O分子個數(shù)比為$\frac{16g}{160}$：$\frac{3.6g}{18}$=1：2，所以x=2
（4）固體質(zhì)量由48.0g變?yōu)?6.4g時，對應(yīng)溫度為400-500℃，此時Fe₂O₃與CO反應(yīng)，根據(jù)氧化性Fe₂O₃＞Fe₃O₄＞FeO可知，與CO發(fā)生反應(yīng)時．失去氧48g-46.4=1.6g
氧化鐵中氧元素為48.0g×$\frac{48}{56×2+16×3}$×100%=14.4g，鐵元素質(zhì)量=48-14.4g=33.6g
殘余固體中氧元素質(zhì)量=14.4g-1.6g=12.8g
鐵氧原子個數(shù)比=$\frac{33.6g}{56}$：$\frac{12.8g}{16}$=3：4，所以此時還原產(chǎn)物為Fe₃O₄
對應(yīng)方程式3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得，生成的二氧化碳的質(zhì)量為10g+200g-207.8g=2.2g
設(shè)碳酸亞鐵的質(zhì)量為x
FeCO₃+H₂SO₄═FeSO₄+H₂O+CO₂↑
116                                          44
x                                             2.2g
$\frac{116}{44}$=$\frac{x}{2.2g}$
x=5.8g
該樣品中FeCO₃的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{5.8g}{10g}$×100%=58%．
故填：
（1）C；
（3）①C；
②5.8； 2．
（4）3Fe₂O₃ +CO$\frac{\underline{\;400℃～500℃\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂．
（5）58%．

點評 根據(jù)化學(xué)方程式計算時，第一要正確書寫化學(xué)方程式，第二要使用正確的數(shù)據(jù)，第三計算過程要完整．